組合式綜合預(yù)制艙的應(yīng)用

1、專題03組合式綜合預(yù)制苑的應(yīng)用本專題根據(jù)XXllOkV變電站工程具體條件，結(jié)合新一代智能變電 站示工程試點站中預(yù)制艙和組合預(yù)制艙的使用情況，提出了組合式綜 合預(yù)制艙的概念。為貫徹國家電網(wǎng)公司的“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化加工、模塊化建 設(shè)、機械化施工”的建設(shè)原則。在新一代智能變電站示工程試點站中 預(yù)制艙開始逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)建筑物，采用預(yù)制艙能夠有效縮短變電站土 建施工周期，減少現(xiàn)場施工、調(diào)試的工作量，縮短投運時間。但是由 于獨立的艙體數(shù)量過多，導(dǎo)致變電站的土地利用率不足。本次XX競賽，我院分析、總結(jié)了過去在變電站的建設(shè)中預(yù)制艙設(shè) 備使用情況，在預(yù)制艙的基礎(chǔ)上提出了組合式綜合預(yù)制艙的設(shè)想。組合式綜合預(yù)制艙將

2、多個標(biāo)準(zhǔn)的I、u、in型預(yù)制艙拼接成一個 能夠容納多個電壓等級一次設(shè)備和二次及通信設(shè)備的綜合性艙體。組合式綜合預(yù)制艙的艙可根據(jù)需要配置消防、安防、暖通、照明、 通信等輔助設(shè)施，并在工廠完成相關(guān)配線、調(diào)試等工作。其部環(huán)境滿 足變電站一、二次設(shè)備運行條件及變電站運行調(diào)試人員現(xiàn)場作業(yè)的要 求。經(jīng)論證，組合式綜合預(yù)制艙合理的有效提高了變電站的土地利用 率，進一步深化了 “兩型三新一化”的理念。1 概述11.1預(yù)制艙設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀11.2預(yù)制艙艙體的選型原則11.3預(yù)制艙的分類22預(yù)制艙和組合預(yù)制艙的基本情況22.1預(yù)制艙的定義和尺寸22.2組合預(yù)制艙的定義和尺寸32.3預(yù)制艙及組合預(yù)制艙與傳統(tǒng)建筑物的

3、對比43新型組合式綜合預(yù)制艙53.1組合式綜合預(yù)制艙設(shè)想的起源63.2組合式綜合預(yù)制艙的定義63.3組合式綜合預(yù)制艙的優(yōu)點73.4組合式綜合預(yù)制艙與組合預(yù)制艙的對比93.5小結(jié)104組合式綜合預(yù)制鹼的論證104.1組合式綜合預(yù)制艙艙體結(jié)構(gòu)的論證104.2組合式綜合預(yù)制艙艙體安裝接口選擇論證114.3組合式綜合預(yù)制艙艙輔助設(shè)備的論證144.4組合式綜合預(yù)制艙交通運輸?shù)恼撟C144.5組合式綜合預(yù)制艙艙設(shè)備檢修空間的論證155 結(jié)論181概述1.1預(yù)制艙設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀預(yù)制艙式組合設(shè)備在國外開展研究應(yīng)用的時間較早，在20世紀80 年代中期在美國就已經(jīng)應(yīng)用在整體模塊化的33kV變電站，在20世紀90 年

4、代在日本出現(xiàn)的整體模塊化的66kV變電站也應(yīng)用了預(yù)制式設(shè)備艙 應(yīng)用。ABB公司推出的集裝箱式電氣小屋在中東國家中已經(jīng)得到較大 圍的應(yīng)用。在國，35kV、10kV箱式變電站已在工程中得到廣泛應(yīng)用，集裝箱 式SVG設(shè)備、集裝式直流熔冰設(shè)備、集裝式光伏逆變器等中也應(yīng)用廣 泛。2013年國家電網(wǎng)公司開展了新一代智能變電站示工程建設(shè)，提出 “標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化加工、模塊化建設(shè)、機械化施工”的建設(shè)原則。 按此原則，在新一代智能化變電站中，幾乎看不到任何建筑物，取而 代之的是預(yù)制艙式組合設(shè)備。在國家電網(wǎng)公司的新一代智能變電站示工程石220kV變電站和未 來城110kV變電站為AIS變電站，均采用了預(yù)制艙式組

5、合設(shè)備。新一代智能變電站的建設(shè)，對于預(yù)制艙式組合設(shè)備的應(yīng)用積累了 寶貴的經(jīng)驗，積極引導(dǎo)國設(shè)備制造企業(yè)開展設(shè)備研制和技術(shù)創(chuàng)新。 1.2預(yù)制艙艙體的選型原則(1) 外形設(shè)計美觀大方，與外部環(huán)境相協(xié)調(diào)。如集裝箱外表盡可 能簡潔，空調(diào)、換氣口等部件的尺寸、位置設(shè)計合理，集裝箱色彩選 擇與周圍變壓器、高壓開關(guān)設(shè)備顏色和諧。(2) 艙體箱尺寸選擇上要兼顧設(shè)備運檢要求、平面布置要求以及 運輸要求。(3) 減少預(yù)制艙外部接線，設(shè)計統(tǒng)一接口。(4) 屏位布置合理，盡量擴大運行檢修通道空間。(5) 最大化工廠安裝調(diào)試，減少現(xiàn)場工作量。預(yù)制艙設(shè)備安裝、接 線等工作盡量在工廠完成，現(xiàn)場僅開展預(yù)制艙與外部設(shè)備的連接工作

6、。 1.3預(yù)制艙的分類目前，電力工程中預(yù)制艙式組合設(shè)備根據(jù)艙體數(shù)量的不同主要分為 兩種：預(yù)制艙和組合式預(yù)制艙。2預(yù)制艙和組合預(yù)制艙的基本情況2.1預(yù)制艙的定義和尺寸2.1.1預(yù)制艙的定義預(yù)制艙由艙體及部一、二次組合設(shè)備、艙體輔助設(shè)施、設(shè)備屏柜 (或機架)等組成，艙可根據(jù)需要配置消防、安防、暖通、照明、通信 等輔助設(shè)施，并在工廠完成相關(guān)配線、調(diào)試等工作，并作為一個整體 運輸至工程現(xiàn)場。其部環(huán)境滿足變電站一、二次設(shè)備運行條件及變電 站運行調(diào)試人員現(xiàn)場作業(yè)的要求。2.1.2預(yù)制艙的尺寸根據(jù)配送式智能變電站建設(shè)的要求，結(jié)合超限運輸車輛行駛公 路管理規(guī)定。預(yù)制艙主要分為I型、II型和ID型。I型預(yù)制艙：

7、外部尺寸6200x2800x3133(mm)II型預(yù)制艙:外部尺寸9200x2800x3133(mm)HI型預(yù)制艙:外部尺寸12200x2800x3133(mm)圖2.1-1、2.1-2分別為一次設(shè)備預(yù)制艙和二次設(shè)備預(yù)制艙：圖2.1-2二次設(shè)備預(yù)制艙(in型預(yù)制艙)2.2 組合預(yù)制艙的定義和尺寸2. 2.1組合預(yù)制艙的定義結(jié)合實際工程需求，由預(yù)制艙衍生出組合預(yù)制艙。組合預(yù)制艙由2個同型號的預(yù)制艙拼接而成，艙體部和外部要求同預(yù)制艙。2.2.2組合預(yù)制艙的尺寸I型組合預(yù)制艙:外部尺寸6200x5600x3133(mm)II型組合預(yù)制艙：外部尺寸9200x5600x3133(mm)DI型組合預(yù)制艙：

8、外部尺寸12200x5600x3133(nini)(運輸時，需將拼接好的組合預(yù)制艙拆分成兩個獨立的預(yù)制艙運 輸至現(xiàn)場，在現(xiàn)場再次拼接)圖2. 2-1 2. 2-2分別為一次設(shè)備組合預(yù)制艙和二次設(shè)備組合預(yù)制 艙：10P9P8P7P6P5P -11P12P13P 14P15P16P ；圖2.2-1 一次設(shè)備組合預(yù)制艙(兩個DI型預(yù)制艙拼接而成)1P | 2P 3P 4P JI J218P 17P6200圖2.2-2二次設(shè)備組合預(yù)制艙(兩個I型預(yù)制艙拼接而成)2.3預(yù)制艙及組合預(yù)制艙與傳統(tǒng)建筑物的對比2. 3.1預(yù)制艙及組合預(yù)制艙較傳統(tǒng)建筑物的優(yōu)點：(1) 大幅降低現(xiàn)場濕作業(yè)，縮短變電站土建施工周期

9、。(2) 一、二次設(shè)備一體化設(shè)計，一體化調(diào)試。設(shè)備模塊化設(shè)計、 工廠化定制和現(xiàn)場組合化拼裝，實現(xiàn)“即裝即用”，大副減少現(xiàn)場施 工、調(diào)試的工作量縮短投運時間。2. 3.2預(yù)制艙及組合預(yù)制艙較傳統(tǒng)建筑物的缺點：空間利用率不足。以國網(wǎng)新一代智能變電站示工程中的某llOkV變電站為例，如圖2. 3-1所示：圖2. 3-1國網(wǎng)新一代智能變電站示工程某llOkV變電站實際效果圖該變電站主變下方共12個電氣設(shè)備（組合預(yù)制艙視為電氣設(shè)備， 不視為建筑物）：組合預(yù)制艙3個，電容器成套裝置6套，戶外箱式消 弧線圈3臺。為了保證各個設(shè)備的運行、維護空間，12個電氣設(shè)備相 互之間均留有過人、過檢修設(shè)備的小道。導(dǎo)致變電

10、站長、寬方向各增 加了約10米和2米。新一代智能變電站的建設(shè)過程中，一方面應(yīng)積極響應(yīng)“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè) 計、工廠化加工、模塊化建設(shè)、機械化施工”的建設(shè)理念。另一方面， 在土地資源日益緊缺的今天，我們更應(yīng)提高變電站的緊湊化程度，提 高土地的利用率。3新型組合式綜合預(yù)制艙3.1組合式綜合預(yù)制艙設(shè)想的起源預(yù)制艙及組合預(yù)制艙的工程應(yīng)用，響應(yīng)了國家電網(wǎng)公司提出的 “標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化加工、模塊化建設(shè)、機械化施工”的建設(shè)原則。 因此在新一代智能化變電站中，傳統(tǒng)建筑物基本被預(yù)制艙式組合設(shè)備 所取代。但是變電站的緊湊性都會打折扣，土地利用率難以合理。鋼結(jié)構(gòu)建筑物現(xiàn)場濕作業(yè)量小，土建施工工期短，在預(yù)制艙出現(xiàn) 在變電站之

11、前，已在多個變電站試點使用。如今，鋼結(jié)構(gòu)建筑在預(yù)制 艙“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化加工、模塊化建設(shè)、機械化施工”的優(yōu)勢面 前基本淡出了電力工程的建設(shè)。鋼結(jié)構(gòu)建筑與變電站建設(shè)的結(jié)合雖然 短暫，但是留下了不少的經(jīng)驗。本次XX競賽，我院在分析、總結(jié)了過去在變電站的建設(shè)中預(yù)制艙 設(shè)備和鋼結(jié)構(gòu)建筑的使用情況，提出了組合式綜合預(yù)制艙的設(shè)想。 3.2組合式綜合預(yù)制艙的定義組合式綜合預(yù)制艙是指：通過合理的組合，將多個標(biāo)準(zhǔn)的I、n、 in型預(yù)制艙拼接成一個能夠容納多個電壓等級一次設(shè)備和二次及通 信設(shè)備的綜合性艙體。組合式綜合預(yù)制艙的艙可根據(jù)需要配置消防、安防、暖通、照明、 通信等輔助設(shè)施，并在工廠完成相關(guān)配線、調(diào)試等工

12、作。其部環(huán)境滿 足變電站一、二次設(shè)備運行條件及變電站運行調(diào)試人員現(xiàn)場作業(yè)的要 求。圖3. 2-1 XX變組合式綜合預(yù)制艙效果圖3.3組合式綜合預(yù)制艙的優(yōu)點圖3. 3-2 XX變組合式綜合預(yù)制艙平面布置圖導(dǎo)eo如圖3. 3-2所示，組合式綜合預(yù)制艙把預(yù)制艙的優(yōu)點和鋼結(jié)構(gòu)建筑及傳統(tǒng)建筑物的優(yōu)點相結(jié)合，在保證“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化加工、 模塊化建設(shè)、機械化施工”等建設(shè)原則的情況下，提高了變電站的緊 湊度，有效提高了土地利用率。XX變組合式綜合預(yù)制艙部分為二次室、35kV/10kV室和電容器 室。其中二次室由2個2. 8nix6. 2ni的I型預(yù)制艙拼接而成，35kV/10kV 室由4個2. 8mx9.

13、 2的II型預(yù)制艙拼接而成，電容器室由2個2. 8mx6. 2m 的I型預(yù)制艙拼接而成。整個組合式綜合預(yù)制艙輪廓尺寸為30. 8nix 5. 6m 圖3. 3-3為XXllOkV變電站電氣總平面布置圖：33000圖3. 3-3 XXllOkV變電站電氣總平面布置圖如圖3. 3-3所示，組合式綜合預(yù)制艙的使用，結(jié)合本站對llOkV 配電裝置部分及站道路的優(yōu)化，使得XX變整站寬度由可研（見圖WORD.3. 3-4）的61. 2米優(yōu)化為33米寬度減少了 62%。T-FFEiat*p_Z -J汁:I *cirHTAf片駐! 、 Sit 貳j L 一一二WMOII1200 8200l3300u29200

14、L 6500 l 43CO l 5700 OOlr T1 61200圖3. 3-4 XXllOkV變電站可研電氣總平面布置圖3.4組合式綜合預(yù)制艙與組合預(yù)制艙的對比本工程在組合式綜合預(yù)制艙一、二次設(shè)備的數(shù)量和尺寸不變的前 提下，采用組合預(yù)制艙的方案做對比，由于要保留各組合預(yù)制艙之間 的運維空間，導(dǎo)致變電站寬度由33米增至42米，寬度增加了27%。圖3.4-1為XXllOkV變電站采用組合預(yù)制艙的布置圖：i師UH闕皇砂）1-圖3. 4-1 一、二次設(shè)備采用組合預(yù)制艙的布置圖DODOIOuuuun(蘭匕 E3 El Cl3.5小結(jié)采用組合式綜合預(yù)制艙一方面能夠積極響應(yīng)“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠 化加工、模

15、塊化建設(shè)、機械化施工”的建設(shè)理念。另一方面能大幅提 高土地使用率。進一步深化了 “兩型三新一化”的理念。4組合式綜合預(yù)制艙的論證4.1 組合式綜合預(yù)制艙艙體結(jié)構(gòu)的論證為確保整體牢固度，利用專業(yè)的仿真分析軟件，對艙體抗震、抗 風(fēng)、吊裝等多種工況做了仿真分析，確保艙體結(jié)構(gòu)安全可靠。1）底座：采用田字型或井型網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，并考慮屏柜電纜孔位置進 行調(diào)整，滿焊連接并在每個網(wǎng)格四周與3miii厚鋼板斷續(xù)焊連接成整體。2）墻體：立柱與橫檀條組成矩陣用拉桿連成整體，再用角鐵斜撐組成三角結(jié)構(gòu)加強。3）屋頂：橫檀條與頂部橫梁三面焊接后用M16拉桿連接成一片， 提高整體牢固度。4.2組合式綜合預(yù)制艙艙體安裝接口選擇論

16、證單個預(yù)制艙自工廠完成組裝調(diào)試后運抵變電站進行就位安裝，對 于艙體與變電站土建基礎(chǔ)接口可采取以下三種方式。4. 2.1平板式伐形基礎(chǔ)平板式伐形基礎(chǔ)是將場地平整并碾壓密實后澆筑鋼筋混凝土平板，這一平板作為建筑物或設(shè)備基礎(chǔ)。此種接口詳見圖10。LffllO平板伐形接口此種方式設(shè)備艙基礎(chǔ)設(shè)計、施工不受設(shè)備承重點分布影響，安裝 就位較為便捷，但由于艙體底板與混凝土平板直接接觸，不利于平板 潮氣散發(fā)，艙體底板受潮較為嚴重且難于巡視、維修。4. 2.2條形基礎(chǔ)根據(jù)條形基礎(chǔ)布置方式，可分為縱向條形基礎(chǔ)和橫向條形基礎(chǔ)兩 種，現(xiàn)分述如下。4. 2.3縱向條形基礎(chǔ)縱向條形基礎(chǔ)為沿艙體長方向平行設(shè)置兩條基礎(chǔ)，艙體擱

17、置于基礎(chǔ)之上，詳見圖11。Iqc:z*-mi縱向條形接口此種方式避免了艙體底板與混凝土平板直接接觸所產(chǎn)生的不利 于平板潮氣散發(fā)、艙體底板受潮嚴重的缺陷。但由于艙體縱向長度過 大，此種方式仍不方便日常巡視、維護。4. 2.4橫向條形基礎(chǔ)橫向條形基礎(chǔ)詳見圖12。紀2橫向冬形接二此種形式不僅艙底底板散潮通風(fēng)進出風(fēng)面大于縱向條形基礎(chǔ)，更 有利于通風(fēng)、散濕，而且艙底橫向尺寸較短，可實現(xiàn)日常巡視和維護。但艙體基礎(chǔ)固定不牢靠，艙體整體美觀性較差。4. 2.5圈梁基礎(chǔ)圈梁基礎(chǔ)詳見圖13?；A(chǔ)采用預(yù)埋鍍鋅鋼管，配合接口艙設(shè)計溝 槽，集中埋管走線，同時艙體底部基礎(chǔ)設(shè)計具備保暖功能，艙體整體 效果較美觀。4. 3

18、組合式綜合預(yù)制艙艙輔助設(shè)備的論證組合式綜合預(yù)制艙，放置于戶外，平時無人值守，需要配置一套 輔助控制單元，實現(xiàn)對艙的狀況進行圖像監(jiān)視、安全警衛(wèi)、火災(zāi)報警 和錄像，并且能夠?qū)ε摰恼彰?、火?zāi)報警及消防、安全警衛(wèi)、環(huán)境控 制等子系統(tǒng)實現(xiàn)智能聯(lián)動控制?？紤]到預(yù)制艙的獨特性，輔助控制單元必須簡單有效，并具有較 高的智能化、自動化水平，能夠讓工作人員看到現(xiàn)場的實時圖像，獲 取現(xiàn)場的數(shù)據(jù)資料，實現(xiàn)遠程監(jiān)控現(xiàn)場。特別是當(dāng)發(fā)生入侵、火災(zāi)、 漏水等異常情況時，能夠迅速收到報警，以便能及時處置問題。必要 時還能控制現(xiàn)場的通風(fēng)、溫控等設(shè)備，真正提高工作效率、減少人員 到現(xiàn)場的次數(shù)。輔助控制單元可以實時接收各個終端裝置上

19、傳的各種模擬量、開 關(guān)量及視頻圖像信號，分類存儲信息并進行分析、計算、判斷、統(tǒng)計 和其他處理。該系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)為核心，完成各子系統(tǒng)的信息采集和監(jiān) 控，將以上信息上傳至本地一體化信息平臺，并遠傳到監(jiān)控中心和調(diào) 度中心。輔助控制單元包括：視頻監(jiān)控、火災(zāi)監(jiān)測和報警、燈光控制、溫 濕度監(jiān)測、溫控系統(tǒng)控制、語音。根據(jù)需要，還可以增加入侵檢測、 水浸檢測等功能。4.4 組合式綜合預(yù)制艙交通運輸?shù)恼撟C根據(jù)超限運輸車輛行駛公路管理規(guī)定，結(jié)合配送式智能變電 站建設(shè)的要求。預(yù)制艙主要分為I型、II型和DI型。I型預(yù)制艙:外部尺寸6200x2800x3133(mm)II型預(yù)制艙:外部尺寸9200x2800x3133(m

20、m)HI型預(yù)制艙:外部尺寸12200x2800x3133(mm)XX變組合式綜合預(yù)制艙由4個I型預(yù)制艙和4個II型預(yù)制艙拼接 而成。在工廠對組合式綜合預(yù)制艙的艙一、二次設(shè)備和輔助設(shè)備安 裝、調(diào)試完畢之后，將其拆卸成4個I型預(yù)制艙和4個II型預(yù)制共8個 預(yù)制艙，單個預(yù)制艙及其部設(shè)備作為一個整體運輸至工程現(xiàn)場再次進 行拼接。4. 5 組合式綜合預(yù)制艙艙設(shè)備檢修空間的論證4. 5.1二次室檢修空間的論證圖4. 5-1為XX變組合式綜合預(yù)制艙二次室的平面布置圖：圖4.5-1 XX變組合式綜合預(yù)制艙二次室平面布置圖除21P通信屏柜采用前顯示側(cè)接線外，其余均采用前顯示前接 線，二次前接線屏柜采用800nu

21、n寬，較新一代智能變電站建設(shè)初期 600伽寬的屏柜有效增加檢修空間。二次室配置工作桌椅、巡視通道 等，空調(diào)外機貼頂安裝于巡視通道上方，不影響檢修、運維。該二次 艙布置方案完全可以滿足檢修運維的需要。4.5.2 35kV、10kV室檢修空間的論證圖4. 5-2為XX變組合式綜合預(yù)制艙35kV 10kV室的平面布置圖：IB1U202Sffi3UWZBFDGLTH-TriB 50 加ISfflbb； 2B I WZBL丄J35kV. lOkV室1B1ZBISffl1$2S3S4S5S6S7S8SOS1C2Ca511 -T T L T -1 LL -T 1 L T 1 L*T 1 FD阿1料13S呻卸呻7SJ18鄭桝2SIH禺料2BI L1_ 丄_l_ r -1L-I _L JI圖4.5-2 XX變組合式綜合預(yù)制艙35kV 10kV室平面布置圖35kV、lOkV室含35kV SF6充氣開關(guān)柜、lOkV SF6充氣開關(guān)柜、 35kV站用變、lOkV站用變和35kV消弧線圈。35kV、lOkV站用變均可利用艙空